初始缺陷对深海载人潜水器耐压球壳塑性稳定性影响

载人深潜器耐压球壳是中厚度壳结构,当结构发生失稳时,球壳结构的局部部位因为材料达到屈服极限而发生了塑性变形.将有限元分析与经典理论相结合,研究弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷以及球壳整体圆度和厚度偏差对中厚度球壳结构的塑性稳定性的影响.计算结果表明中厚度球壳结构对初始缺陷并不很敏感,对球壳结构当局部缺陷范围刚好达到临界弧长时结构的承载力最弱.通过缺陷结构和完善结构的极限承载力比较,提供了初始缺陷影响曲线.     

双功能潜水器结构设计分析探讨

双功能潜水器是目前国际上比较新型的可用于深海水下观察和作业的装备。既可有缆载人／无人，又可无缆载人。该潜水器最大工作深度450m，其结构材料和结构形式与以往类似的装备不同。文章对双功能潜水器耐压壳结构和载体框架设计中的一些问题进行了探讨，提出的设计思想和计算方法，这对获得一个具有最轻结构重量的实用的双功能潜水器结构具有指导意义。     

深海遥控潜水器多体系统非线性耦合动力特性模拟

建立带缆遥控潜水器(TROV)系统空间运动模型,探讨支持船-吊缆-中际站-脐带缆-潜水器多体之间的强非线性耦合运动机理。潜器的运动考虑为六自由度,缆索分段的三维动态方程中采用了"凝集参数"模型与平均切向量非线性流体动力载荷处理技术,通过计算非均匀缆索的动张力和瞬态构型,预报导致脐带缆保护层及其内部光电传输芯线结构破坏的巨大瞬间突变载荷,对避免谐振,延长缆索寿命和最大限度地扩大ROV系统安全操作的范围,确保潜水器安全入坞和回收,节约试验费,避免作业事故都具有重要意义。     

深海潜器耐压圆柱壳结构计算和校核方法研究

文中比较了中美两国潜器规范中各特征量的计算方法和校核准则,分析了异同点,并给出数值算例。针对潜器特性,对目前我国潜器规范中可能需要修改的地方进行了初步分析。     

轻载作业型载人潜水器耐压球壳设计

耐压球壳是载人潜水器的关键部件,对于载人潜水器的安全性、总体性能等诸多方面均有重要的影响。针对轻载作业型HOV耐压球壳的设计,确定了壳体材料、结构形式和主要尺度,完成了基于规范的耐压球壳强度校核和稳定性分析,设计了开孔加强结构,完成了基于有限元耐压球壳模型强度校核。最后,在考虑了材料非线性、初始缺陷等因素的基础上,采用弧长法完成了耐压球壳的稳定性分析。结果表明耐压球壳的设计方案满足规范要求,为深水轻载作业型载人潜水器耐压球壳的设计提供了参考。     

基于APDL的深海环境模拟耐压舱应力分析

针对两种不同底座结构的90 MPa深海环境模拟耐压舱,应用AYSYS软件的APDL建立参数化有限元模型,在有限元分析基础上,将分析数据映射至高应力强度及不连续部位路径上进行线性化处理;依据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》中的应力限制对线性化结果进行安全评定;分析对比两种方案,以设计安全和重量最小化为目标,优选满足设计要求的结构方案,为深海环境模拟压力舱的设计提供了参考。     

深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。     

4500米级深海遥控无人潜水器“海马号”在南海通过海试验收

<正>2014年4月22日,我国自主研制的首台4 500米级深海遥控无人潜水器作业系统海马号在南海完成海上试验,并通过海上验收。2014年2月20日至4月22日,海马号分三个航段进行了海试。期间,海马号共完成17次下潜,3次到达南海中央海盆底部进行作业试验,最大下潜深度4 502米;完成水下布缆、沉积物取样、热流探针试验、海底地震仪海底布放等任务,成功实现与水下升降装置联合作业,通过了     

球柱壳耐压舱体极限承载力研究

耐压舱设计是水下机器人的核心技术之一,其极限承载力研究是核心中的核心。针对球壳封盖加柱形壳体耐压舱,现行标准对于初始导入缺陷数值的确定往往过于保守,对于耐压舱体数量较多的无人潜水器来说,过大的设计质量是总体设计所无法接受的。首先采用装配体整体建模策略,建立复合屈曲的受力模型,将三大非线性影响因素同时引入到极限承载力研究中,提升了计算精度。然后分别针对确定性缺陷和非确定性缺陷结构开展极限承载力研究。最后,提出以0.23%的初始缺陷导入尺度作为球壳封盖加圆柱壳体的耐压壳体缺陷导入参数,给出了导入尺度的计算方法,并借助水压试验对上述参数的准确性进行验证。     

随机波浪下遥控潜水器强非线性耦合空间运动与缆索安全性研究

模拟了带有脐带缆的潜水器(ROV)的强非线性流体动力学性能,由于ROV的前进速度与其它方向的运动速度为同一数量级,与传统的潜艇有重要的区别。潜艇中常用的按前进航速线性化处理的技术不能有效地用于潜水器,必须保留其运动方程中尽可能多的非线性项进行模拟。潜器本体的运动模型必须考虑为六自由度,脐带缆的运动必须考虑为三维运动。中继平台的运动幅值,可能会接近甚至超过水面船的运动幅值,这会增加ROV进出坞的困难。缆力对流速比对水面波浪更敏感、对垂向激励比水平激励更敏感。即使是随机波浪激励,深水吊索张力也会具有一定的周期性。近水面时这种周期性消失,两端张力趋于同步。     

水下机器人耐压舱优化设计与结构分析

水下机器人的耐压舱设计要求在满足总体指标的前提下,最大限度地提高设计强度与稳定性,同时尽可能降低质量。本文使用ANSYS Workbench中的Design Explorer模块,对耐压舱进行快速优化设计,一次获得多个优化候选结果,经过对比分析得到最优设计方案。然后,针对装配形式进行接触分析,确保大压力条件下结构不会在接触面发生失效破坏。最后,对舱体结构进行稳定性分析,确保结构能够在大深度环境中不发生失稳破坏。本研究为水下机器人耐压舱体快速优化设计、强度和稳定性校核提供了参考。     

深水管道S型铺设托管架基本设计分析

将上弯段管道依照托辊分布划分为若干对称微段,通过微分求解,结合设计规范,得到了托管架几何参数:托管架弧长、曲率半径、托辊长度及间距设计的控制方程;分析发现,托管架最大曲率由两部分组成:托管架整体曲率和托辊处局部曲率,分别由托管架几何参数和托辊参数控制;通过对比商业软件计算结果及现有托管架结构设计参数,证明了结论的正确性及有效性。控制方程表达简单,易为工程设计人员掌握。     

波浪滑翔机水下牵引机结构设计与分析

为满足对远洋环境进行长时间、大范围监测的实际需求,设计提出一种波浪动力滑翔机,该设备是一种无需携带能源即可实现自主航行的新型海洋监测平台,其主体结构由水面母船、水下牵引机和柔性缆绳三大部分组成。平台通过即时获取海洋中的波浪能、太阳能、风能作为行走的动力源,克服了传统海洋监测设备在能源供应上存在的短板。为进一步提升水下牵引机对波浪能的利用率,采用Ansys软件中的Fluent模块对水下牵引机进行水动力仿真研究,分析了侧翼板形状、侧翼板工作最大摆动角度以及侧翼板安装分布间距对滑翔机总体行走效率的影响。结果表明:NACA翼型侧翼板具有更好的水动力性能;随着最大摆动角度的增加,水下牵引机的推进效率先增大后减小,最大摆角在20°左右时,推进效果最佳;随着侧翼板分布间距的增大,水下牵引机的推进效率逐渐减小,分布间距在80 mm左右时,推进效果最佳。     

深水钢悬链线立管安装分析研究

钢悬链线立管(SCR)在安装过程中,通常会表现出复杂的动态特性,加强其安装技术及分析方法的研究具有重要意义。基于SCR-Spar生产系统,对深水SCR的安装方法进行研究,给出SCR典型安装步骤和各步骤中的关键问题。采用有限元软件OrcaFlex对海底提升和穿越拖拉安装进行了分析。基于整体时域分析,给出SCR安装操作方案和模拟分析方法,分析了控制安装操作的关键参数及其对SCR安装的影响。研究结果表明,SCR提升操作宜在空管状态下进行,初始提升速度和提升结束时吊头最终位置是控制管线应力/应变水平的主要因素。对于穿越拖拉操作,减小吊头与Spar的初始和最终间距,适当减小穿越拖拉缆长度对控制应力/应变水平是有利的,收/放缆速度对安装影响较小。     

深水海底管道J型铺设塔设计研究

随着全球深水油气资源的开发,J型铺管法已经成为深水和超深水海底管道铺设的重要方式。针对目标母船提出两种J型铺管塔的概念设计方案,并进行了铺管效率及经济性的对比分析,进一步对J型铺管关键设备进行了结构设计及安全性分析。此项工作对促进我国J型铺设系统的开发有积极地推动作用。     

Configuration analysis of deepwater S-lay pipeline

The safety of offshore pipeline has drawn a great deal of attention during deepwater installation due to the combined actions of high external pressure, axial tension, and bending moment. Meanwhile, the pipeline configuration has a remarkable effect on the structural behaviour of the tube. The special studies focus on the deepwater S-lay technique in the present paper. The stiffened catenary theory is applied to establish the static equilibrium governing differential equation of a pipe element, and the solution equations of the total pipeline configuration from a lay-barge over a stinger to the seabed are derived. The numerical iteration method for solving pipeline configuration is described in detail, and the corresponding program is developed to conduct the analysis of effects of various parameters such as laying water depth, pipe diameter, thickness of concrete weighted coating layer, stinger length, control strain, and axial tension on pipeline configuration. The results show that the laying water depth, the submerged weight of the pipe, and the axial tension are the critical factors influencing pipeline configuration. In addition, geometrical parameters of the stinger such as length, radius, and shape have an important effect on the pipe-laying capacity of the vessel. The validity of the program is further verified by means of a comparison with results obtained from the commercial finite element software OFFPIPE.     

深水海底管道S型铺设参数敏感性分析

以深水海底管道S型铺管法为研究对象,运用悬链线理论建立管道的静平衡微分方程,通过理论分析给出了迭代求解管道整体形态的数值计算方法,并开发相应的计算分析程序,分析了不同参数对张紧器张力和管道极限铺设水深的影响.结果表明,随着管道铺设水深、管径和壁厚、混凝土配重层厚度的增加,所需张紧器张力明显增大;当托管架底部倾角较大时,控制应变越大管道所需张力越小;当托管架底部倾角较小时,管道初始倾角越大、托管架半径越小管道所需张力越小.此外,管道的浮重度、托管架长度和半径、张紧器张拉能力、管道初始倾角对极限铺设水深有着重要的影响.     

深海ROV多层脐带缆绞车卷筒力学分析

通过对深海ROV脐带缆微元段受力情况的分析,基于简化理论模型的假设,建立了能够模拟脐带缆绞车卷筒受力情况的理论模型。对比某绞车的实验数据,验证了本力学模型的正确性。通过对实例的计算分析,能够为深海ROV脐带缆绞车的设计工作提供理论支持。     

新型深水系泊系统非线性循环动力分析

深水绷紧式系泊系统以合成纤维材料系缆作为主体系缆,由于系缆复杂的力学特性以及绷紧式系泊方式的特点,在设计、分析和工程应用中会带来新的有待深入认识的问题。以一系泊浮体的动力响应分析为例,考察了循环载荷作用下纤维系缆的动刚度特性,比较了悬链式系泊与绷紧式系泊动力响应的特点。分析表明,绷紧式系泊具有优良的系泊性能,但同时会发生复杂的张力响应。这些认识对于绷紧式系泊系统的研发和工程应用具有重要的参考价值。     

A deep ROV "DOLPHIN 3K": Design and performance analysis

DOLPHIN 3K is a tethered remotely operated vehicle (ROV) system for ocean bottom surveys down to a depth of 3300 m. The system will be completed in fiscal year 1986. This paper describes the design of the system, and analyzes the maneuverability of the vehicle and the transmission performance of the optical fiber data communication system.